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Tipo: Apuntes
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Enrique Guzmán y Valle Alma Máter del Magisterio Nacional FACULTAD DE CIENCIAS Escuela Profesional de Ciencias Naturales MONOGRAFÍA
Examen de Suficiencia Profesional Res. N° 1164 - 2019 - D-FAC Presentada por:
Para optar al Título Profesional de Licenciado en Educación Especialidad: Biología – Ciencias Naturales Lima, Perú 2019
ii
iv Índice de contenidos Portada ................................................................................................................................... i Hoja de firmas de jurado ...................................................................................................... ii Dedicatoria............................................................................................................................ iii Índice de contenidos ............................................................................................................. iv Lista de tablas ...................................................................................................................... vii Lista de figuras ...................................................................................................................viii Introducción ........................................................................................................................... x Capítulo I. Nociones generales ........................................................................................... 11 1.1 Células procariontes y células eucariontes ................................................................... 11 1.1.1 Estructura de las células eucariontes ................................................................... 13 Capítulo II. Composición molecular y estructura nuclear .................................................. 16 2.1 El núcleo ....................................................................................................................... 16 2.1.1 Composición molecular de la envoltura nuclear ................................................. 17 2.1.2 Composición molecular del complejo del poro nuclear ...................................... 22 2.1.3 Composición molecular de la lámina nuclear ...................................................... 25 2.1.4 Composición molecular del nucleoplasma .......................................................... 27 2.1.5 Composición molecular del nucleolo .................................................................. 28 2.1.6 Composición molecular de la cromatina ............................................................. 29 2.1.6.1 Composición molecular del ADN .................................................................... 29 2.1.6.2 Composición molecular de proteínas histonas y proteínas no histonas ............ 33 2.1.6.3 Estructura y composición de la cromatina ........................................................ 35
x La información estructural de los componentes nucleares se complementa con la descripción fisiológica de estos componentes, realizada en el tercer capítulo. En este capítulo se hace hincapié en las principales actividades que cada uno de los componentes del núcleo debe realizar, hilando las actividades consecutivas que estas realizan colaborativamente. Conocida la información estructural y funcional, en el cuarto capítulo se aborda lo referente a la división nuclear, proceso mediante el cual el núcleo se divide en dos núcleos, en los que cada uno lleva una carga genómica idéntica. Las características de este proceso de división dependerán de la naturaleza de las células originales: las células somáticas llevan a cabo su división nuclear, por lo que se conoce como mitosis, mientras que las células sexuales lo realizan mediante un proceso de meiosis. Las propiedades de las fases por las que pasa el núcleo en ambos procesos, son detalladas en este capítulo, realizándose finalmente un estudio paralelo y contrastante de los dos procesos de división nuclear. Lo abordado en estos cuatro capítulos se sintetiza en la preparación de una aplicación didáctica, en la que se explica la metodología mediante la cual se podría enseñar estos conceptos a nivel escolar, usando para esto una situación contextual y una orientación al juicio crítico para fomentar la discusión y el pensamiento científico en los estudiantes.
Capítulo I Nociones generales La unidad mínima de todo organismo vivo es la célula y aunque las existentes tienen muchas características que las diferencian, existen tres elementos que son comunes para todas, que son la membrana, el citosol y el ADN. 1.1 Células procariontes y eucariontes Todas las células se encuentran contenidas por una membrana, también llamada membrana plasmática, que separa a todos los elementos de una célula del exterior de esta. Dentro de esta membrana plasmática, todas las células cuentan con un medio semilíquido que recibe el nombre de citosol. En este, se encuentran contenidos y soportados todos los organelos de la célula, los cuales funcionan como secciones especializadas para realizar funciones específicas necesarias para la supervivencia de este organismo. Todas las células mantienen la información de sus funciones de supervivencia codificada en una molécula de ADN, que además usará para transmitir su información a las células hija que pueda generar. Este ADN, sin embargo, se encuentra de distintas maneras dentro de las células. Existen algunas que mantienen este material genético en medio del citosol, junto a todos
simultánea en cada sección delimitada por las membranas. De entre todas las células eucariontes, se pueden diferenciar aquellas que conforman a los seres del reino animal, la célula animal, y los que conforman a los seres del reino vegetal, célula vegetal, diferenciados entre sí por la presencia o ausencia de ciertos organelos, pero manteniendo muchas propiedades en común (Campbell y Reece, 2007). Figura 2. Estructura de una célula eucarionte animal. Fuente: Hardin, Bertoni y Kleinsmith, 2012. 1 .1. 1 Estructura de las células eucariontes. Si bien existen diversos organelos similares entre las células vegetales y animales, hay algunos que solo pueden ser encontrados en uno de los tipos. Por ejemplo, solo las células animales contienen los lisosomas, los centriolos y los flagelos; mientras que solo en las células vegetales existen los cloroplastos, la vacuola, la pared célula y las
plasmodesmas. Los organelos comunes para los dos, sin embargo, cumplen las mismas funciones en las células, mostrándose así las similitudes entre las funciones de estas dos células. Figura 3. Estructura de una célula eucarionte vegetal. Fuente: Hardin, Bertoni y Kleinsmith, 2012. Algunas de estas funciones realizadas dentro de la célula se condensan en la Tabla 1 , y en adelante se desarrollará lo relativo al núcleo en los siguientes núcleos. Tabla 1 Estructura y funciones de la célula eucarionte Estructura Descripción Función Pared celular Capa externa de celulosa o quitina, puede estar ausente Protección o soporte Citoesqueleto Red de filamentos proteínicos Soporte estructural; movimiento celular
Capítulo II Composición molecular y estructura nuclear 2.1 El núcleo El núcleo es el organelo más importante y grande de la célula eucarionte, pudiendo en muchos casos ser visto fácilmente mediante el microscopio. Generalmente se encuentra al centro de la célula y adopta una forma ligeramente esférica. En este organelo se encuentran los cromosomas, separados del resto de la célula mediante dos membranas: la externa y la interna, que forman la envoltura nuclear. A lo largo de esta estructura se encuentran muchas aperturas llamadas poros nucleares, canales de comunicación entre el interior de la célula y el citoplasma, permitiendo el flujo de moléculas, encontrándose todo esto regulado por el complejo de poro nuclear. El nucleolo, uno o más, se encuentran contenidos dentro del nucleoplasma, y en este se sintetizan y se ensamblan algunos componentes proteínicos y ARN necesarios para poder formar un ribosoma. Antes de describir las funciones específicas de estos elementos nucleares, se describirá la composición molecular de los mismos con fines de entender los fundamentos sobre los que sus respectivas funciones se establecen.
Figura 4. Estructura del núcleo. Fuente: Hardin, Bertoni y Kleinsmith, 2012.
2. 1 .1 Composición molecular de la envoltura nuclear. La envoltura nuclear que encierra y contiene a todo el material nuclear se encuentra compuesto de moléculas de fosfolípidos, los cuales son un derivado de los ácidos grasos pertenecientes a la familia de los lípidos. Los lípidos, en general, son moléculas caracterizadas por tener poca o ninguna afinidad con el agua, debido a las propiedades moleculares que poseen y su estructura. De estos, los más conocidos son los ácidos grasos.
moléculas de agua. Es mediante estas moléculas que las células almacenan sus principales fuentes de energía. Figura 6. Estructura molecular de un triglicérido. Fuente: Campbell y Reece,
Un fosfolípido, la molécula de la que se encuentra compuesta la envoltura nuclear, tiene una estructura molecular muy similar a la de un triglicérido: al igual que esta última, mantiene un grupo glicerol que sirve como esqueleto de la molécula, pero con la diferencia de que a esta solo se unen covalentemente dos ácidos grasos. Al tercer espacio dejado por el ácido graso no enlazado, se enlaza un grupo fosfato, que a su vez se encuentra enlazado a un grupo polar adicional. El glicerol, el fosfato y el grupo polar adicional forman una sección hidrofílica, que se siente atraída a las moléculas de agua. Las dos cadenas de ácido graso, por lo contrario, se sentirán repelidas por el agua.
Figura 7. Estructura molecular de un fosfolípido. Fuente: Campbell y Reece, 2007. Dado que el exterior del núcleo y el interior de este se encuentra compuesto en su mayoría por agua, es necesario entender cómo se comportan las moléculas que sirven como barrera en este medio que es acuoso en su mayoría. Dado que solo una de las secciones de un fosfolípido se siente atraída al agua, las dos cadenas hidrofóbicas se verán repelidas por este. Cuando se encuentran juntas varias moléculas de fosfolípidos, estas tenderán a agruparse de tal manera que la zona hidrofílica quede expuesta a las moléculas de agua, mientras que las zonas hidrofóbicas se juntan entre sí para evitar entrar en contacto con el agua. De esta manera, pueden darse tres conformaciones que los fosfolípidos pueden adoptar cuando se encuentran en un medio acuoso, como es el interior de la célula. Estas tres corresponden a la formación de una micela, un liposoma y una bicapa fosfolipídica. En cualquiera de estas tres formas, las colas del fosfolípido se juntarán entre sí y las cabezas, serán las que entren en contacto con las moléculas de agua.
